Еластични гривни

Обозначаването на магнитния поток във физиката. Индукционен поток на магнитно поле. Интересно да се знае

Снимката показва еднородно магнитно поле. Хомогенен означава едно и също във всички точки в даден обем. В полето е поставена повърхност с площ S. Линиите на полето пресичат повърхността.

Определяне на магнитния поток:

Магнитният поток Ф през повърхността S е броят на линиите на вектора на магнитната индукция B, преминаващ през повърхността S.

Формула за магнитен поток:

тук α е ъгълът между посоката на вектора на магнитна индукция B и нормалата към повърхността S.

От формулата на магнитния поток може да се види, че максималният магнитен поток ще бъде при cos α = 1 и това ще се случи, когато векторът B е успореден на нормалата на повърхността S. Минималният магнитен поток ще бъде при cos α = 0, това ще бъде, когато векторът B е перпендикулярен на нормалата към повърхността S, тъй като в този случай линиите на вектора B ще се плъзгат по повърхността S, без да я пресичат.

И според определението за магнитен поток се вземат предвид само тези линии на вектора на магнитната индукция, които пресичат дадена повърхност.

Магнитният поток се измерва във Вебер (волт-секунди): 1 wb = 1 w * s. В допълнение, Maxwell се използва за измерване на магнитния поток: 1 wb = 10 8 μs. Съответно 1 μs = 10 -8 wb.

Магнитният поток е скаларна величина.

ЕНЕРГИЯ НА МАГНИТНОТО ТОКОВО ПОЛЕ

Около проводник с ток има магнитно поле, което има енергия. От къде идва? Източникът на ток, включен в електрическата верига, има резерв от енергия. В момента на затваряне на електрическата верига източникът на ток изразходва част от енергията си за преодоляване на действието на възникващата ЕМП на самоиндукция. Тази част от енергията, наречена собствена енергия на тока, се използва за формиране на магнитното поле. Енергията на магнитното поле е равна на собствената енергия на тока. Собствената енергия на тока е числено равна на работата, която източникът на ток трябва да извърши, за да преодолее ЕМП на самоиндукция, за да създаде ток във веригата.

Енергията на магнитното поле, създадено от тока, е право пропорционална на квадрата на силата на тока. Къде изчезва енергията на магнитното поле след прекъсване на тока? - изпъква (когато веригата е отворена с достатъчно висока сила на тока, може да възникне искра или дъга)

4.1. Законът за електромагнитната индукция. Самоиндукция. Индуктивност

Основни формули

Законът за електромагнитната индукция (законът на Фарадей):

, (39)

където е индукционната ЕДС; е общият магнитен поток (връзка на потока).

Магнитният поток, създаден от тока във веригата,

където е индуктивността на веригата; е силата на тока.

Законът на Фарадей, приложен към самоиндукцията

EMF на индукцията, произтичаща от въртенето на рамката с ток в магнитно поле,

където е индукцията на магнитното поле; е площта на рамката; е ъгловата скорост на въртене.

Индуктивност на соленоида

, (43)

където е магнитната константа; е магнитната проницаемост на веществото; е броят на завъртанията на соленоида; е площта на напречното сечение на контура; е дължината на соленоида.

Ток при отваряне на веригата

където е стационарният ток във веригата; е индуктивността на веригата; е съпротивлението на веригата; е времето за отваряне.

Ток при затваряне на веригата

. (45)

Време за релаксация

Примери за решаване на проблеми

Пример 1.

Магнитното поле се променя според закона , където = 15 mT ,. Кръгла проводяща верига с радиус = 20 cm е поставена в магнитно поле под ъгъл спрямо посоката на полето (в началния момент от времето). Намерете ЕДС на индукцията, възникваща в контура във време = 5 s.

Решение

Според закона за електромагнитната индукция, индукционната емф, възникваща в контура, където е магнитният поток, свързан в контура.

където е площта на контура; е ъгълът между посоката на вектора на магнитната индукция и нормалата към контура:.

Нека заменим числовите стойности: = 15 mT ,, = 20 cm = = 0,2 m ,.

Изчисленията дават .

Пример 2

В еднородно магнитно поле с индукция 0,2 T има правоъгълна рамка, чиято подвижна страна е с дължина 0,2 m и се движи със скорост 25 m / s перпендикулярно на линиите за индукция на полето (фиг. 42). Определете ЕДС на индукцията, възникваща във веригата.

Решение

Когато проводникът AB се движи в магнитно поле, площта на рамката се увеличава, следователно, магнитният поток през рамката се увеличава и се появява индукционна emf.

Според закона на Фарадей, къде, тогава, но, следователно.

Знакът "-" показва, че индукционната емф и индукционният ток са насочени обратно на часовниковата стрелка.

САМОИНДУКЦИЯ

Всеки проводник, през който протича ток, е в собствено магнитно поле.

При промяна на тока в проводника се променя m.полето, т.е. магнитният поток, създаден от този ток, се променя. Промяната в магнитния поток води до появата на вихрово електрическо поле и във веригата се появява EMF на индукция. Това явление се нарича самоиндукция.Самоиндукция е явлението на индукционна ЕДС в електрическа верига в резултат на промяна в силата на тока. Получената ЕМП се нарича ЕМП на самоиндукция

Проявата на явлението самоиндукция

Затваряне на веригата При затваряне в електрическа верига се увеличава ток, което причинява увеличаване на магнитния поток в намотката, появява се вихрово електрическо поле, насочено срещу тока, т.е. В намотката възниква ЕМП на самоиндукция, което предотвратява нарастването на тока във веригата (вихровото поле забавя електроните). Като резултат L1 светва по-късноотколкото L2.

Отворена верига Когато електрическата верига се отвори, токът намалява, настъпва намаляване на скоростта на потока в намотката, появява се вихрово електрическо поле, насочено като ток (стремящо се да поддържа същата сила на тока), т.е. В намотката се появява EMF на самоиндукция, която поддържа тока във веригата. В резултат на това при изключване мига ярко.Заключение в електротехниката, феноменът на самоиндукция се проявява при затваряне на веригата (електрическият ток се увеличава постепенно) и когато веригата се отваря (електрическият ток не изчезва веднага).

ИНДУКТАЦИЯ

От какво зависи ЕМП на самоиндукция? Електрическият ток създава свое собствено магнитно поле. Магнитният поток през веригата е пропорционален на индукцията на магнитното поле (Ф ~ B), индукцията е пропорционална на тока в проводника (B ~ I), следователно магнитният поток е пропорционален на силата на тока (Ф ~ I) . ЕМП на самоиндукция зависи от скоростта на изменение на тока в електрическата верига, от свойствата на проводника (размер и форма) и от относителната магнитна проницаемост на средата, в която се намира проводникът. Физическата величина, която показва зависимостта на ЕМП на самоиндукция от размера и формата на проводника и от средата, в която се намира проводникът, се нарича коефициент на самоиндукция или индуктивност. Индуктивност - физическа стойност, числено равна на ЕДС на самоиндукция, възникваща във веригата, когато силата на тока се промени с 1 Ампер за 1 секунда. Също така индуктивността може да се изчисли по формулата:

където Ф е магнитният поток през веригата, I е токът във веригата.

SI единици за индуктивност:

Индуктивността на бобината зависи от: броя на завоите, размера и формата на бобината и относителната магнитна проницаемост на средата (евентуално сърцевина).

ЕМП НА САМОИНДУКЦИЯ

ЕМП на самоиндукция предотвратява увеличаването на тока при включване на веригата и намаляването на тока при отваряне на веригата.

За характеризиране на намагнитването на вещество в магнитно поле се използва магнитен момент (P м ). Числено е равен на механичния момент, изпитван от вещество в магнитно поле с индукция 1 T.

Магнитният момент на единица обем на веществото го характеризира намагнитване - I , се определя по формулата:

аз=Р м / В , (2.4)

където V - обемът на веществото.

Намагнитването в системата SI се измерва, подобно на напрежението, в А/м, количеството е векторно.

Магнитните свойства на веществата се характеризират с обемна магнитна чувствителност - ° С О , безразмерно количество.

Ако някое тяло е поставено в магнитно поле с индукция V 0 , след това се намагнетизира. В резултат на това тялото създава свое собствено магнитно поле с индукция V " , който взаимодейства с магнитното поле.

В този случай индукционният вектор в средата (V)ще се състои от вектори:

B = B 0 + Б " (векторен знак е пропуснат), (2.5)

където V " - индукция на вътрешното магнитно поле на намагнетизираното вещество.

Индукцията на вътрешно поле се определя от магнитните свойства на веществото, които се характеризират с обемна магнитна чувствителност - ° С О , изразът е верен: V " = ° С О V 0 (2.6)

Разделен на м 0 израз (2.6):

V " / м О = ° С О V 0 / м 0

Получаваме: н " = ° С О н 0 , (2.7)

но н " определя намагнитването на веществото аз , т.е. н " = аз , то от (2.7):

I = c О н 0 . (2.8)

По този начин, ако веществото е във външно магнитно поле с интензитет н 0 , то вътре в него индукцията се определя от израза:

B = B 0 + Б " = m 0 н 0 + m 0 н " = m 0 (Х 0 + аз)(2.9)

Последният израз е строго верен, когато ядрото (вещество) е изцяло във външно еднородно магнитно поле (затворен тор, безкрайно дълъг соленоид и т.н.).

Какво е магнитен поток?

Дефиниция на магнитния поток

Определяне на магнитния поток:

Формула за магнитен поток

Формула за магнитен поток:

тук α е ъгълът между посоката на вектора на магнитна индукция B и нормалата към повърхността S.

Магнитният поток е скаларна величина.

Измерва се магнитен поток

Магнитният поток се измерва във Weber (волт-секунди): 1 wb = 1 w * s.

В допълнение, Maxwell се използва за измерване на магнитния поток: 1 wb = 10 8 μs. Съответно 1 μs = 10 -8 wb.

Магнитните материали са тези, които са подложени на влиянието на специални силови полета, от своя страна, немагнитните материали не са подложени или слабо подложени на силите на магнитно поле, което обикновено се представя с помощта на силови линии (магнитен поток) с определени Имоти. В допълнение към факта, че винаги образуват затворени контури, те се държат така, сякаш са еластични, тоест по време на изкривяване се опитват да се върнат към предишното си разстояние и естествената си форма.

Невидима сила

Магнитите са склонни да привличат определени метали, особено желязо и стомана, както и никел, никел, хром и кобалт. Материалите, които създават гравитационни сили, са магнити. Има различни видове от тях. Материалите, които могат лесно да бъдат магнетизирани, се наричат феромагнитни. Те могат да бъдат твърди или меки. Меките феромагнитни материали като желязото бързо губят свойствата си. Магнитите, направени от тези материали, се наричат временни магнити. Твърдите материали като стоманата издържат много по-дълго и се използват постоянно.

Магнитният поток: определение и характеристики

Около магнита има определено силово поле и това създава възможност за генериране на енергия. Магнитният поток е равен на произведението на средните силови полета на перпендикулярната повърхност, в която прониква. Изобразява се с помощта на символа "Φ", измерва се в единици, наречени Webers (WB). Количеството поток, преминаващ през дадена област, ще се промени от една точка в друга около обекта. По този начин магнитният поток е така наречената мярка за силата на магнитно поле или електрически ток, базирана на общия брой заредени силови линии, преминаващи през дадена област.

Разкриване на мистерията на магнитните потоци

Всички магнити, независимо от тяхната форма, имат две области, наречени полюси, способни да произвеждат специфична верига от организирани и балансирани системи от невидими линии на сила. Тези линии от потока образуват специално поле, чиято форма в някои части се появява по-интензивно, отколкото в други. Зоните с най-голяма привлекателност се наричат полюси. Векторните полеви линии не могат да бъдат открити с просто око. Визуално те винаги се показват като полеви линии с недвусмислени полюси във всеки край на материала, където линиите са по-плътни и по-концентрирани. Магнитният поток са линии, които създават вибрации на привличане или отблъскване, показвайки тяхната посока и интензитет.

Линии на магнитен поток

Магнитните силови линии се дефинират като криви, които се движат по определен път в магнитно поле. Допирателната към тези криви във всяка точка показва посоката на магнитното поле там. Спецификации:

Всяка поточна линия образува затворен контур.

Тези индукционни линии никога не се пресичат, но са склонни да се свиват или разтягат, променяйки размера си в една или друга посока.

Обикновено силовите линии започват и завършват на повърхност.

Има и определена посока от север на юг.

Силови линии, които са близо една до друга, за да образуват силно магнитно поле.

Когато съседните полюси са еднакви (север-север или юг-юг), те се отблъскват. Когато съседните полюси не съвпадат (север-юг или юг-север), те се привличат един към друг. Този ефект напомня на известния израз, че противоположностите се привличат.

Магнитни молекули и теорията на Вебер

Теорията на Вебер се основава на факта, че всички атоми имат магнитни свойства поради връзката между електроните в атомите. Групи от атоми се съединяват по такъв начин, че полетата около тях се въртят в една и съща посока. Тези видове материали са съставени от групи от малки магнити (когато се гледат на молекулярно ниво) около атоми, което означава, че феромагнитният материал е съставен от молекули, които имат привличащи сили. Те са известни като диполи и са групирани в домейни. Когато материалът е намагнетизиран, всички домейни стават едно. Материал губи способността си да привлича и отблъсква, ако неговите домейни са разединени. Диполите заедно образуват магнит, но поотделно всеки от тях се опитва да се отблъсне от еднополярния, като по този начин противоположните полюси се привличат.

Полета и стълбове

Силата и посоката на магнитното поле се определят от линиите на магнитния поток. Зоната на привличане е по-силна там, където линиите са близо една до друга. Линиите са най-близо до полюса на основната основа, където привличането е най-силно. Самата планета Земя е в това мощно силово поле. Действа така, сякаш гигантска ивица магнетизирана плоча минава през средата на планетата. Северният полюс на стрелката на компаса сочи към точка, наречена магнитен северен полюс, докато южният полюс сочи към магнитен юг. Тези посоки обаче се различават от географските Северен и Южен полюс.

Природата на магнетизма

Магнетизмът играе важна роля в електрическото и електронното инженерство, тъй като без негови компоненти като релета, соленоиди, индуктори, дросели, бобини, високоговорители, електродвигатели, генератори, трансформатори, електромери и т. н. няма да работят. Магнитите могат да бъдат намерени в естествените състояние под формата на магнитни руди. Има два основни вида, магнетит (наричан още железен оксид) и магнитна желязна руда. Молекулната структура на този материал в немагнитно състояние е представена под формата на свободна магнитна верига или отделни малки частици, които са свободно рандомизирани. Когато материалът е намагнетизиран, това произволно подреждане на молекулите се променя и малките произволни молекулни частици се подреждат по такъв начин, че произвеждат цяла серия от подреждания. Тази идея за молекулярно подравняване на феромагнитните материали се нарича теория на Вебер.

Измерване и практическо приложение

Най-често срещаните генератори използват магнитен поток за генериране на електричество. Неговата мощност се използва широко в електрически генератори. Устройството, което служи за измерване на това интересно явление, се нарича fluxmeter, то се състои от намотка и електронно оборудване, което оценява промяната в напрежението в намотката. Във физиката потокът е мярка за броя на силовите линии, преминаващи през определена област. Магнитният поток е мярка за броя на магнитните силови линии.

Понякога дори немагнитен материал може също да има диамагнитни и парамагнитни свойства. Интересен факт е, че силите на гравитацията могат да бъдат унищожени чрез нагряване или удряне с чук от същия материал, но те не могат да бъдат унищожени или изолирани чрез просто счупване на голям екземпляр на две. Всяко счупено парче ще има свой собствен северен и южен полюс, без значение колко малки са парчетата.

магнитна индукция - е плътността на магнитния поток в дадена точка от полето. Единицата за магнитна индукция е тесла(1 T = 1 Wb / m 2).

Връщайки се към предварително получения израз (1), е възможно да се определи количествено магнитен поток през определена повърхност като произведение на големината на заряда, протичащ през проводника, подравнен с границата на тази повърхност с пълното изчезване на магнитното поле, от съпротивлението на електрическата верига, през която тези заряди протичат

В описаните по-горе експерименти с тестов контур (пръстен) той беше отстранен до такова разстояние, при което всички прояви на магнитното поле изчезнаха. Но можете просто да преместите този контур в полето и в същото време електрическите заряди също ще се движат в него. Нека преминем в израза (1) към инкрементите

Ф + Δ Ф = r(q - Δ q) => Δ Ф = - rΔ q => Δ q= -Δ F / r

където Δ Ф и Δ q- увеличение на потока и броя на зарядите. Различните признаци на приращенията се обясняват с факта, че положителният заряд в експериментите с премахването на примката съответства на изчезването на полето, т.е. отрицателно увеличение на магнитния поток.

С помощта на тестов цикъл можете да изследвате цялото пространство около магнит или бобина с ток и да изградите линии, посоката на допирателните към които във всяка точка ще съответства на посоката на вектора на магнитната индукция Б(фиг. 3)

Тези линии се наричат линии на вектора на магнитната индукция или магнитни линии .

Пространството на магнитното поле може мислено да бъде разделено на тръбни повърхности, образувани от магнитни линии, като повърхностите могат да бъдат избрани по такъв начин, че магнитният поток вътре във всяка такава повърхност (тръба) да е числено равен на единица и аксиалните линии на тези тръбите могат да бъдат изобразени графично. Такива тръби се наричат единични, а линиите на техните оси - единични магнитни линии ... Картината на магнитното поле, изобразена с помощта на единични линии, дава не само качествена, но и количествена представа за него, тъй като в този случай големината на вектора на магнитната индукция се оказва равна на броя на линиите, преминаващи през единичната повърхност, нормална на вектора Б, а броят на линиите, преминаващи през която и да е повърхност, е равен на стойността на магнитния поток .

Магнитните линии са непрекъснатии този принцип може да бъде математически представен като

тези. магнитният поток, преминаващ през която и да е затворена повърхност, е нула .

Изразът (4) е валиден за повърхността свсякаква форма. Ако разгледаме магнитния поток, преминаващ през повърхността, образувана от завоите на цилиндрична намотка (фиг. 4), тогава той може да бъде разделен на повърхности, образувани от отделни завои, т.е. с=с 1 +с 2 +...+сосем . Освен това в общия случай различни магнитни потоци ще преминават през повърхностите на различни завои. Така че на фиг. 4, осем единични магнитни линии минават през повърхностите на централните завои на бобината и само четири през повърхностите на външните завои.

За да се определи общият магнитен поток, преминаващ през повърхността на всички завои, е необходимо да се съберат потоците, преминаващи през повърхностите на отделни завои, или, с други думи, блокиращи се с отделни завои. Например магнитните потоци, които се блокират с четирите горни завоя на бобината на фиг. 4, ще бъдат равни: Ф 1 = 4; Ф 2 = 4; Ф 3 = 6; Ф 4 = 8. Също така огледално симетрични с долните.

Връзка на потока - виртуален (въображаем общ) магнитен поток Ψ, свързан с всички завои на бобината, е числено равен на сумата от потоците, блокиращи се с отделни завои: Ψ = w e f мкъдето Ф ме магнитният поток, създаден от тока, преминаващ през бобината, и w e - еквивалентен или ефективен брой навивки на бобината. Физическият смисъл на връзката на потока е сцеплението на магнитните полета на завоите на бобината, което може да се изрази чрез коефициента (кратност) на връзката на потока к= Ψ / Ф = w NS

Тоест за случая, показан на фигурата, две огледално-симетрични половини на бобината:

Ψ = 2 (Ф 1 + Ф 2 + Ф 3 + Ф 4) = 48

Виртуалността, тоест въображението за свързване на потока се проявява във факта, че то не представлява реален магнитен поток, който никаква индуктивност не може да умножи, но поведението на импеданса на бобината е такова, че изглежда, че магнитният поток се увеличава многократно от ефективния брой завои, въпреки че в действителност това е просто взаимодействие на завои в едно и също поле. Ако намотката увеличи магнитния поток чрез връзката си с потока, тогава би било възможно да се създадат умножители на магнитно поле върху намотката дори без ток, тъй като връзката на потока не предполага затворената верига на намотката, а само геометрията на съвместното пространство на близостта на завоите.

Често реалното разпределение на връзката на потока върху завоите на намотката е неизвестно, но може да се приеме еднакво и еднакво за всички завои, ако реалната намотка се замени с еквивалентна с различен брой намотки w e, като се запази стойността на връзката на потока Ψ = w e f мкъдето Ф ме потокът, който се съчетава с вътрешните завои на бобината, и w e - еквивалентен или ефективен брой навивки на бобината. За това, което се разглежда на фиг. 4 случая w e = Ψ / F 4 = 48/8 = 6.

Можете също така да замените истинска намотка с еквивалентна, като същевременно поддържате броя на завоите Ψ = wФ н... Тогава, за да се поддържа връзката на потока, е необходимо да се приеме, че магнитният поток Ф н = Ψ/ w .

Първата опция за замяна на намотката с еквивалентна запазва модела на магнитното поле чрез промяна на параметрите на бобината, а втората запазва параметрите на намотката чрез промяна на модела на магнитното поле.

Потокът на вектора на магнитната индукция B през която и да е повърхност. Магнитният поток през малка площ dS, в рамките на която векторът В е непроменен, е равен на dФ = ВndS, където Bn е проекцията на вектора върху нормалата към областта dS. Магнитният поток F през крайния ... ... Голям енциклопедичен речник

МАГНИТЕН ПОТОК- (поток на магнитна индукция), поток Ф на вектора магн. индукция B през c. l. повърхност. M. p. DФ през малка площ dS, в рамките на вектора на рояка B може да се счита за непроменена, изразена чрез произведението на размера на площта и проекцията Bn на вектора с ... ... Физическа енциклопедия

магнитен поток- Скаларна стойност, равна на потока на магнитната индукция. [GOST R 52002 2003] магнитен поток Потокът на магнитна индукция през повърхност, перпендикулярна на магнитното поле, определен като продукт на магнитната индукция в дадена точка от площта ... ... Ръководство за технически преводач

МАГНИТЕН ПОТОК- (символ F), мярка за силата и обхвата на МАГНИТНОТО ПОЛЕ. Потокът през площта A под прав ъгъл спрямо същото магнитно поле е Ф = mHA, където m е магнитната ПРОНИКАЛНОСТ на средата, а H е интензитетът на магнитното поле. Плътността на магнитния поток е поток ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

МАГНИТЕН ПОТОКе потокът Ф на вектора на магнитната индукция (виж (5)) В през повърхността S, нормален на вектора В в еднородно магнитно поле. Единицата за магнитен поток в SI (вижте) ... Голяма политехническа енциклопедия

МАГНИТЕН ПОТОК- стойност, характеризираща магнитния ефект върху дадена повърхност. LM се измерва чрез броя на магнитните силови линии, преминаващи през дадена повърхност. Технически железопътен речник. М .: Държавен транспорт ... ... Технически железопътен речник

Магнитен поток- скаларна стойност, равна на потока на магнитната индукция ... Източник: ЕЛЕКТРОТЕХНИКА. ТЕРМИНИ И ДЕФИНИЦИИ НА ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ. GOST R 52002 2003 (одобрен с Резолюция на Държавния стандарт на Руската федерация от 09.01.2003 N 3 st) ... Официална терминология

магнитен поток- поток на вектора на магнитна индукция B през която и да е повърхност. Магнитният поток през малка площ dS, в рамките на която векторът B е непроменен, е равен на dФ = BndS, където Bn е проекцията на вектора върху нормалата към областта dS. Магнитният поток F през крайния ... ... енциклопедичен речник

магнитен поток-, поток на магнитна индукция, поток на вектора на магнитна индукция през всяка повърхност. За затворена повърхност общият магнитен поток е нула, което отразява соленоидната природа на магнитното поле, т.е. липсата в природата ... Енциклопедичен речник по металургия

Магнитен поток- 12. Магнитен поток Поток на магнитна индукция Източник: GOST 19880 74: Електротехника. Основни понятия. Термини и определения оригинален документ 12 магнитен на ... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

Книги

, Миткевич В.Ф. Категория: Математика Издател: YoYo Media, Производител: YOYO Media, Купете за 2591 UAH (само Украйна)
Магнитният поток и неговата трансформация, Миткевич V.F., Тази книга съдържа много, на които не винаги се обръща необходимото внимание, когато става въпрос за магнитен поток, и което все още не е достатъчно ясно посочено или не... Категория: Математика и природни наукиПоредица: Издател: